Очистка газовых выбросов в атмосферу

Новоуральский технологический институт

КАФЕДРА «УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ»

Дисциплина "Экология"

МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА

 ОТ ГАЗООБРАЗНЫХ ПРИМЕСЕЙ

Методические указания

по выполнению лабораторной работы

для студентов всех направлений

всех форм обучения

г. Новоуральск, 2014

УДК 574 (075.8)

МиМ__________14

Методические указания по выполнению лабораторной работы по курсу «Экология» для студентов всех специальностей очной и очно-заочной формы обучения. – Новоуральск: изд. НТИ НИЯУ «МИФИ», 2014. – 17 с.

Составила ст. преподаватель Гацкова Ю.В.

Методические указания рассмотрены на заседании кафедры «Физического воспитания и безопасности жизнедеятельности»

«___»__________2014 г. протокол №___

Зав. кафедрой ФВ и БЖ

к.м.н., доцент                                                                                          Е.П. Ковалева

СОГЛАСОВАНО:

Председатель методической комиссии НТИ

д.т.н., профессор                                                                                    А.Е. Беляев

СОДЕРЖАНИЕ

  Введение………………………………………………………………….………...4

1 Цель и задачи работы……………………………………………………………4

2 Теоретические сведения

2.1 Инженерная защита окружающей среды………………………………….5

2.2 Очистка газовых выбросов в атмосферу…………………………………..5

3 Экспериментальная часть

3.1 Устройство и принцип действия установки…………………………….…9

3.2 Указания мер безопасности…………………………………………….…..9

3.3 Подготовка веществ-загрязнителей…………………………………….…11

3.4 Порядок проведения работы………………………………………………11

3.5 Обработка результатов и выводы…………………………………………12

4 Контрольные вопросы……………………………………………………….....13

5 Требования к оформлению и содержанию отчета…………………………....13

Литература…………………………………………………………………..…………13

   ВВЕДЕНИЕ

В лабораторной работе «Методы очистки воздуха от газообразных примесей» студенты знакомятся с принципами работы фильтров различных типов.

Студенты приобретают навыки работы по определению содержания примесей при помощи индикаторных трубок и оценки эффективности очистки воздуха.

Методическое пособие содержит необходимые для реализации заявленной цели сведения, в том числе и справочную информацию. Приведенные контрольные вопросы и наличие в тексте ответов позволяет студентам получить знания по данной теме и систематизировать их.

Лабораторная работа направлена на формирование у студентов экологического мировоззрения.

1 ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ    

Целью работы является углубление знаний по теме лабораторной работы и освоение методики исследования качества воздуха и оценки эффективности очистки воздуха различными системами.

Задачами работы являются:

- изучение принципов работы различных систем очистки воздуха от газообразных примесей;

- исследование качества воздуха до и после очистки при помощи индикаторных трубок;

- оценка эффективности очистки воздуха от газообразных примесей при помощи различных систем очистки.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Инженерная защита окружающей среды

Природоохранные мероприятия можно классифицировать по двум основным направлениям:

1) мероприятия, проводимые с целью предотвращения негативных воздействий на ОС;

2) мероприятия, направленные на ликвидацию последствий вредных воздействий.

Инженерные природоохранные мероприятия делят на две группы.

Мероприятия, снижающие выброс загрязняющих веществ и уровень вредных воздействий:

- совершенствование технологических процессов и внедрение малоотходных и безотходных технологий;

- изменение состава и улучшение качества используемых ресурсов (удаление серы из топлива, переход с угля на нефть или газ, с бензинового топлива на водородное и др.);

- установка очистных сооружений с последующей утилизацией улавливаемых отходов;

- комплексное использование сырья и снижение потребления ресурсов, производство которых связано с загрязнением среды;

- научно-исследовательские и научно-технические разработки, результаты которых делают возможным и стимулируют внедрение перечисленных выше мер – разработка стандартов на качество окружающей природной среды, оценка экологической емкости экосистем, проектирование новых технологий, создание системы эколого-экономических показателей хозяйственной деятельности и др.

Мероприятия, позволяющие снижать степень распространения загрязняющих веществ и других вредных воздействий:

-   строительство высоких сверхвысоких труб, выпусков сточных вод различных конструкций для оптимизации условий их разбавления и др.;

-   нейтрализация выбросов, их захоронение и консервация;

-   доочистка используемых ресурсов перед поступлением потребителю (установка конди-

ционеров и воздуховодов для очистки воздуха в помещениях, метро, очистка водопро-

водной воды и др.);

- устройство санитарных охранных зон вокруг промышленных предприятий и на водных

объектах, озеленение городов и поселков;

- оптимальное расположение промышленных предприятий и автотранспортных магистралей    

(с учетом гидрометеорологических факторов) для минимизации их отрицательных

воздействий;

- рациональная планировка городской застройки с учетом розы ветров и шумовых нагрузок

и др.

Стратегические мероприятия – это разработка ресурсосберегающих, мало- и безотходных технологий [1].

В задачу дисциплины «Экология» не входит рассмотрение многочисленных инженерных решений защиты элементов окружающей среды. Рассмотрим некоторые принципиальные схемы очистки выбросов в атмосферу.

Очистка газовых выбросов в атмосферу

Очистка воздуха – устранение из воздуха посторонних примесей и доведение его качества до природного с помощью физико-химических методов.

Для очистки газовых выбросов обычно используют осаждение пыли в гравитационном, центробежном, электрическом или акустическом полях, методы абсорбции, хемосорбции, и реагентные. Очистка газовых выбросов от пыли чаще всего осуществляется в аппаратах – циклонах(рис. 2.1).

Газовый поток вводится через входной патрубок внутрь корпуса и совершает вращательно-                                                                                                   поступательное движение вдоль корпуса к бункеру. Под действием центробежной силы на стенке циклона образуется пылевой слой. Отделение пыли от газа происходит за счет поворота газового потока в бункере на 180⁰. Очищенный от пыли газовый поток образует вихрь и покидает циклон через выходную трубу [1].                                                                                             

Кроме циклонов широко применяются и другие аппараты, работающие на принципе отделения тяжелых частиц от газов силами инерции (при раскрутке газов или их резком повороте):  ротационные пылеуловители, радиальные и вихревые пылеуловители [2].                                                                                

                                    Рисунок 2.1 Цилиндрический циклон          

Для фильтрования газов от пыли используют различные фильтры: тканевые, с набивкой или с насыпным фильтрующим слоем. Основную группу составляют разнообразные тканевые фильтры, где в качестве основного волокна используются хлопок, шерсть, капрон, нитрон, лавсан, стекловолокно.

Для тонкой очистки широко используются фильтры с зернистыми слоями (песок, титан, стекло и т.п.), с гибкими пористыми перегородками (ткань, резина, полиуретан и др.), с полужесткими и жесткими перегородками (вязаные сетки, керамика, металл и др.).

Электрофильтры – наиболее совершенные аппараты для очистки газов от частиц пыли и тумана. Процесс очистки основан на ударной ионизации газа в зоне разряда. Загрязненные газы, поступающие в электрофильтр, частично ионизированы за счет внешних воздействий. При достаточно большом напряжении, подаваемом на электроды, в электрическом поле движение ионов и электронов настолько ускоряется, что сталкиваясь с молекулами газа, они ионизируют их, расщепляя на положительные ионы и электроны. Образовавшийся поток ионов ускоряется электрическим полем, и реакция повторяется (наступает лавинообразный процесс). Этот процесс и называется ударной ионизацией. Электрофильтры обычно делают с отрицательными электродами, при этом положительно заряженные частицы под действием электростатических, аэродинамических сил и силы тяжести осаждаются. Периодическая очистка фильтра достигается встряхиванием электродов. В зависимости от формы электродов различают трубчатые и пластинчатые электрофильтры (рис. 2.2).

   Очистка выбросов от газообразных токсичных примесей осуществляется с использованием: 1)абсорбции (лат. absorption – всасывание, растворение) – промывки выбросов жидкими растворителями; 2) хемосорбции – промывки растворами реагентов, химически связывающими примеси; 3) адсорбции (лат. adsorbere – поглощение) – поглощение примесей твердыми активными веществами; 4) химических превращений примесей в присутствии катализаторов (каталитических методов).

Рисунок 2.2 Пластинчатый электрофильтр

                             Рисунок 2.3 Схема абсорбции и десорбции

Хемосорбция основана на поглощении газов реагентами с образованием малолетучих или малорастворимых соединений. Примером может служить очистка газовоздушной смеси от сероводорода с применением мышьяково-щелочного реагента:

                      H₂S + Na₄As₂S₅O₂ = Na₄As₂S₆O + H₂O

Регенерация раствора производится окислением его кислородом, содержащимся в очищенном воздухе:                    2Na₄As₂S₆O + O₂ = 2Na₄As₂S₅O₂ + 2S

В этом случае побочным продуктом является сера. Могут применяться и другие реагенты и иониты. Иониты – это твердые вещества, способные обмениваться ионами с фильтруемыми через них жидкими и газообразными смесями. Это или природные материалы (цеолиты или глины), или синтетические полимеры (смолы). Регенерация ионитов осуществляется промывкой их водой, слабыми растворами кислот (для катионитов), растворами щелочей или содой Na₂CO₃ (для анионитов).

Последние два метода называют мокрыми. Основной их недостаток – резкое понижение температуры газов, что приводит к снижению эффективности их рассеивания в атмосфере.

Адсорбция – процесс избирательного поглощения компонентов газовой смеси твердыми веществами. При физической адсорбции молекулы адсорбента не вступают в химическое взаимодействие с молекулами газовой смеси. Требования к адсорбентам: большая адсорбционная способность, селективность (лат. selectio – выбор, отбор), химическая инертность, механическая прочность, способность к регенерации, низкая стоимость. Наиболее распространенные адсорбенты – активированные угли, силикагели, алюмосиликаты. С увеличением температуры адсорбционная способность снижается. На этом свойстве основан процесс регенерации, которую осуществляют либо нагревом насыщенного адсорбента до температуры выше рабочей, либо продувкой его горячим паром или воздухом.

Каталитические методы очистки газов основаны на использовании катализаторов, ускоряющих химические реакции. В последние годы каталитические методы применяют для нейтрализации выхлопных газов автомобилей, т.е. превращения токсичных оксидов азота NO и углерода СO в нетоксичные: газообразный азот N₂ и диоксид углерода СО₂. При этом используют различные катализаторы: медно-никелевый сплав, платину на глиноземе, медь, никель, хром и др.[1].

В целом выбор системы очистки определяется многими факторами, важнейшие из которых:

- номенклатура и концентрация загрязнителей, их вредность;

- требуемая степень очистки (с учетом фонового загрязнения);

- объемы выбросов, их температура и влажность;

- наличие сорбентов и реагентов;

- потребность в продуктах утилизации;

- стоимостные оценки.